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一个物理定律的出现,让我们看到了宇宙的结局,无法改变它

天文学家

阿尔伯特·爱因斯坦

数百年前,人类走上了用科学探索世界本质的道路,而在科学的殿堂里,有许多本来就存在的科学定律。我们要做的就是通过自己的智慧不断发现这些科学定律,并且将它们应用到实际中,去不断提升人类文明的等级和实力。

在科学的帮助下,我们走出了地球,开始探索浩瀚的宇宙。宇宙的一切都是那么有的有秩序,在我们目前的认知里,宇宙是神秘而复杂的,就是这样的一个神秘而复杂的宇宙空间,仍然要受到各种科学定律的束缚。

牛顿的万有引力定律让我们初步认知到了宇宙引力的存在和影响,爱因斯坦的相对论更是让我们认知到了宇宙空间更深层次的奥秘。不管是万有引力定律还是相对论,它们都无法真正揭示万物的结局,更无法真正揭示宇宙最终的结局。

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或许在很多人看来,宇宙浩瀚而伟大,那么它应该是可以永恒的,可是一个物理定律的出现,却改变了人们的看法,让我们看到了宇宙的结局。这个定律相信很朋友都应该知道,它就是热力学第二定律:熵增定律。

熵增定律中的关键就是这个熵,那么什么是熵呢?对于熵的理解,我们可以从两个方面来看。

第一,一个孤立系统中,事物的有序度或者混乱度可以用熵来表示,系统越有序,无序度越低,那么熵值就会越小,反之则越大。

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我们举一个简单的例子,一个房子建成之后,随着时间的推移,它会越来越破。而房间内如果长时间没有人打扫,它也会越来越脏,尘埃越来越多。这就是房子这个系统熵值不断增加的结果,系统越来越混乱,熵值越来越大。

再举一个例子:将一个容器的中间用一个挡板隔开,左侧装满水,右侧装满酒。这个时候系统的熵是非常小的,我们将隔板拿开,左边的水和右边的酒就会自发地混合在一起。这个时候,系统的有序度下降,熵就会不断增加,并且这个过程是不可逆的,熵值只会越来越大。

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第二,一个孤立系统中能够被用于做功的有效能量的多少可以用熵来表示,系统的有效能量越多,则熵越小,反之则越大。

两样我们也举一个简单的例子:一个燃油汽车,其中的汽油燃料的时候会失去活塞做功,从而驱动汽车前进。汽油燃烧时并不能100%充分燃烧,而是会产生一些废热。这些热量无法用来驱动汽车前进,是无用的能量。这样有效能就会减少,熵值也随之增加。

熵增定律的存在,让人类曾经梦想的永动机成为一个过去式,这是一个不可能实现的东西。并且熵增定律也向我们揭示了宇宙的结局,那就是走向“热寂”。

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根据目前我们对宇宙的认知,这是一个孤立的系统,包含着一切。在这个孤立的宇宙系统中,熵增定律从它诞生的那一天起就开始发挥着作用,随着时间的推移,宇宙的秩序会变得越来越混乱,熵值越来越大,而且这是一个不可逆的过程。

熵增定律作用于整个宇宙,就会导致宇宙不可避免地走向衰亡。当宇宙消耗完所有的有效能之后,没有了新的能量可以被用于做功,这个时候的宇宙有序度会降到最低,熵值达到最大,最终宇宙会迎来“热寂”的结局。那么这个时候会有多久?根据目前科学家的研究认为,理论上,宇宙会在10^1000年之后走向死亡的终点。

当然,这只是一个理论值,可能在现实中,宇宙走向“热寂”的时间远没有这么长,这是为什么?主要还是跟生命的存在有关。前面我们说了,宇宙万物都是一个熵值不断增加的过程,这个过程不可逆,那么在宇宙中是否存在熵减的现象呢?答案是肯定的。

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宇宙除了有各种天体和物质之外,还有一种更加神秘而复杂的事物,那就是生命,尤其是智慧生命。着名量子物理学家薛定谔指出:宇宙中所有的生命都是“负熵体”,我们从诞生的那一天起,就在进行着逆熵的过程。

生命要对抗熵增,那么就需要不断消耗能量,而这些能量需要从外界获取。我们获取和消耗能量的实力越强大,那么对抗熵增的力度也就会越强,表现在生命形式上,就是寿命的大幅增加

作为负熵体,生命会不断消耗宇宙中的有用能,而这样的过程无形之中也在加速着宇宙熵值的不断增加,从而加速宇宙的混乱程度。抛开宇宙,我们就拿地球这颗生态星球来说,正常情况下,如果地球上没有生命的存在,更没有人类的存在,那么地球这颗生态星球可能会一直保持到太阳走向终点的时候,它的寿命会非常漫长。

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可是由于生命的存在,尤其是智慧生命人类的存在,地球的生态环境会加速恶化,现在我们可以明显看到,地球的生态环境越来越恶劣,霍金曾经警示:地球留给人类的时间可能只有数百年了。霍金认为,数百年之后,地球将有可能成为一颗荒凉星球,不再适宜人类的生存。

从熵增定律的角度可以很好地解释这一切,地球大量生命的存在,需要消耗地球大量的能量,而人类的存在和发展更是加速了能量的消耗,从而让地球的熵值加速增加,更快地走向死亡。

人类在宇宙中是非常渺小的,如果整个宇宙只有人类这一个智慧文明,那么我们的发展对于整个宇宙系统中熵值的增加影响是微乎其微的。可是我们都知道,浩瀚的宇宙不可能只有人类这一个智慧文明,科学家认为,生命在宇宙中可能是普遍的存在,而智慧文明也有可能大量存在。

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只不过,由于人类现在的科技还比较落后,我们没有办法真正接触到宇宙中其他智慧文明。大量存在的生命星球和智慧文明,必然会加剧宇宙系统的混乱程度,让熵值更快增加,而且越是实力强大的文明,它们在对抗熵值的过程中,消耗的能量也会越大。